Pan-Tompkins++：一种检测 ECG 信号中 R 峰的鲁棒方法

R 峰检测在心电图（ECG）信号处理中至关重要，因为它是心率变异性分析的基础。Pan-Tompkins 算法是监测包括心律失常检测在内的多种心脏疾病最常用的 QRS 波群检测器。然而，在低质量与含噪信号中，Pan-Tompkins 算法检测 QRS 波群的性能会下降。本文介绍 Pan-Tompkins++，一种改进的 Pan-Tompkins 算法。应用了通带为 5--18 Hz 的带通滤波器，其后接 N 点移动平均滤波器，以在不丢弃显著信号成分的前提下去除噪声。Pan-Tompkins++ 使用三个阈值来区分 R 峰与噪声峰。不同于使用通用方程，基于信号模式应用不同规则来调整阈值，从而在信号模式显著变化时准确检测 R 峰。所提算法减少了假阳性与假阴性检测，从而提升了 Pan-Tompkins 算法的鲁棒性与性能。Pan-Tompkins++ 已在四个开源数据集上测试。实验结果显示在 R 峰检测与执行时间上均有显著改进。我们在四个数据集上平均实现了 FP 降低 2.8%、FN 降低 1.8%，以及 F-score 提升 2.2%，同时执行时间减少 33%。我们给出具体示例以证明在 Pan-Tompkins 算法无法识别 R 峰的情况下，所提算法有效。结果也与其他知名 R 峰检测算法进行了对比。代码见：https://github.com/Niaz-Imtiaz/Pan-Tompkins-Plus-Plus